KR101970081B1 - Fuel injection valve - Google Patents

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데얀 요보비츠
홍 장
사버 겝하르트
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 밸브 니들(135), 상기 밸브 니들(135)에 스프링 힘(Ff)을 인가하는 폐쇄 스프링(155), 및 전자기 액추에이터 조립체(120)를 포함하고, 상기 스프링 힘은 상기 밸브 니들(135)을 폐쇄된 위치(230)의 방향으로 힘을 가하는, 연료 분사 밸브(100)에 관한 것이다. 상기 액추에이터 조립체(120)의 코일(125)은, 상기 액추에이터 조립체(120)의 자석 전기자(127)에 자기력(Fm)을 생성하여, 상기 자석 전기자를 상기 액추에이터 조립체(120)의 극편(130) 쪽으로 이동시켜, 상기 자석 전기자(127)가 상기 밸브 니들(135)의 정지 부재(165)를 향해 아이들 행정(220)을 우선 수행하고 나서 상기 밸브 니들(135)을 상기 극편(130)을 향해 이동시키도록 설계된다. 상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체(120)의 자기력(Fm)은, 스프링 힘(Ff)과 자기력(Fm)의 합력의 크기가, 자기력(Fm)이 일정하거나 증가하는 경우에는, 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 거리가 증가함에 따라 감소하고, 또는 자기력(Fm)이 증가하는 경우에는, 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 거리가 증가함에 따라 적어도 동일하게 유지되는 방식으로 서로 적응된다.The present invention includes a valve needle 135, a closing spring 155 for applying a spring force Ff to the valve needle 135, and an electromagnetic actuator assembly 120, 135 in the direction of the closed position (230). The coil 125 of the actuator assembly 120 generates a magnetic force Fm on the magnet armature 127 of the actuator assembly 120 to move the magnet armature toward the pole piece 130 of the actuator assembly 120 The magnet armature 127 first performs the idle stroke 220 toward the stop member 165 of the valve needle 135 and then moves the valve needle 135 toward the pole piece 130 . The spring constant of the closing spring 155 and the magnetic force Fm of the actuator assembly 120 are set such that the magnitude of the resultant force of the spring force Ff and the magnetic force Fm is equal to or greater than the magnitude of the magnetic force Fm, Or from the closed position 230 to the position of the valve needle 135 when the distance of the valve needle 135 from the closed position 230 increases or the magnetic force Fm increases. And are adapted to each other in such a way that they remain at least equal as the distance increases.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}[0001] FUEL INJECTION VALVE [0002]

본 발명은 연료 분사 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel injection valve.

전기자(armature)가 밸브 니들(valve needle)에 결합하여 밸브 니들을 폐쇄된 위치로부터 이동시키기 전에 전기자가 미리 한정된 아이들 행정(idle stroke)을 먼저 수행하는 연료 분사 밸브가 알려져 있다. 예를 들어, WO 2012/041984 A1은 이러한 유형의 연료 분사 밸브를 개시한다.A fuel injection valve is known in which the armature first engages a predefined idle stroke before engaging the valve needle to move the valve needle away from the closed position. For example, WO 2012/041984 A1 discloses a fuel injection valve of this type.

이러한 유형의 연료 분사 밸브에서, 밸브 니들이 미리 한정된 개방된 위치에 도달할 때 미리 한정된 개방된 위치 주위에서 니들 위치가 진동하는 프로파일이 발생할 수 있다. 이 진동하는 프로파일은 연료 분사 밸브에 의해 출력되는 연료량에 영향을 미친다. 정확한 진동 프로파일을 예측하는 것은 곤란할 수 있다. 또한 진동으로 인해 연료량이 밸브 개방 시간에 더 이상 선형적으로 의존하지 않고 심지어 더 이상 단조적으로 의존하지도 않을 수 있다. 분사 특성 곡선의 상기 비선형, 특히 진동하는 프로파일은 또한 "S자형"이라고도 불리운다.In this type of fuel injection valve, a profile may arise where the needle position oscillates about a predefined open position when the valve needle reaches a predefined open position. This oscillating profile affects the amount of fuel output by the fuel injection valve. It may be difficult to predict an accurate vibration profile. Also, due to vibration, the amount of fuel may no longer be linearly dependent on valve opening time and may no longer be monotonically dependent. The non-linear, especially oscillating profile of the jet characteristic curve is also referred to as " S-shaped ".

따라서, 본 발명의 목적은 특히 정밀한 연료 계량(metering) 및/또는 특히 간단한 작동 능력을 달성할 수 있는 연료 분사 밸브를 제시하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to propose a fuel injection valve which can achieve particularly precise fuel metering and / or particularly simple operational capability.

상기 목적은 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 연료 분사 밸브에 의해 달성된다. 상기 연료 분사 밸브의 유리한 개선 및 개량은 종속 청구항에 제시된다.This object is achieved by a fuel injection valve having the features of the independent patent claims. Advantageous improvements and improvements of the fuel injection valve are set forth in the dependent claims.

연료 분사 밸브가 제시된다. 상기 연료 분사 밸브는 밸브 조립체를 갖는다. 상기 밸브 조립체는 변위가능하게 장착된 밸브 니들과 밸브 안착부를 갖는다. 상기 밸브 니들과 상기 밸브 안착부는, 상기 밸브 니들의 폐쇄된 위치에서 상기 연료 분사 밸브의 분사 개구를 통한 연료 흐름을 방지하고 상기 밸브 니들의 다른 위치에서 연료 흐름을 방출하도록 서로 기계적으로 상호 작용한다.A fuel injection valve is presented. The fuel injection valve has a valve assembly. The valve assembly has a valve needle and a valve seat that are displaceably mounted. The valve needle and valve seat interact mechanically with one another to prevent fuel flow through the injection opening of the fuel injection valve at a closed position of the valve needle and to release fuel flow at other locations of the valve needle.

또한, 상기 연료 분사 밸브는 상기 밸브 니들에 스프링 힘을 가하는 선응력을 받는 폐쇄 스프링(prestressed closing spring)을 갖는다. 상기 스프링 힘은 상기 밸브 니들을 폐쇄된 위치 방향으로 부하를 가한다. 또한, 상기 연료 분사 밸브는 코일, 극편(pole piece) 및 자석 전기자(magnet armature)를 갖는 전자기 액추에이터 조립체를 갖는다.In addition, the fuel injection valve has a prestressing closing spring that receives a linear stress that applies a spring force to the valve needle. The spring force exerts a load on the valve needle in the closed position. The fuel injection valve also has an electromagnetic actuator assembly having a coil, a pole piece, and a magnet armature.

상기 자석 전기자는 상기 밸브 니들에 대해 변위될 수 있도록 장착된다. 상기 밸브 니들은 정지 부재(stop element)를 갖고, 상기 연료 분사 밸브의 휴지 상태(rest state)에서 상기 자석 전기자는 상기 정지 부재로부터 이격되어 있다. 일 개선에서, 상기 전기자는 전기자 복원 스프링에 의해 상기 정지 부재로부터 멀어지는 방향으로 스프링 힘이 가해진다.The magnet armature is mounted to be displaceable with respect to the valve needle. The valve needle has a stop element, and in a rest state of the fuel injection valve, the magnet armature is spaced from the stop member. In the work improvement, the armature is subjected to a spring force in a direction away from the stationary member by an armature restoring spring.

상기 코일은 통전될 때 상기 자석 전기자에 자기력을 발생시켜 상기 자석 전기자를 상기 극편을 향해 이동시켜 상기 분사 개구를 통해 상기 연료 흐름을 방출하도록 구성된다. 상기 극편을 향하는 경로에서, 상기 자석 전기자는 우선 상기 정지 부재를 향해 상기 아이들 행정을 수행하고 나서 상기 정지 부재와 확실한 맞물림 연결(positively locking connection)을 수행하고, 그 결과 상기 자석 전기자는 상기 밸브 니들을 상기 극편 방향으로 구동시킨다. 여기서, 특히 상기 자석 전기자는 상기 자기력을 상기 밸브 니들에 적어도 부분적으로 전달하여, 상기 밸브 니들을 가속화시키고 및/또는 상기 밸브 조립체 내에 연료가 있는 결과 흐름 저항에 대항하여 상기 밸브 니들을 이동시킨다.The coil is configured to generate a magnetic force on the magnet armature when energized to move the magnet armature toward the pole piece to release the fuel flow through the jet opening. In the path towards the pole piece, the magnet armature first performs the idle stroke towards the stationary member and then performs a positively locking connection with the stationary member, so that the magnet armature is moved to the valve needle And is driven in the above-mentioned direction. Here, in particular, the magnet armature at least partially transmits the magnetic force to the valve needle, thereby accelerating the valve needle and / or moving the valve needle against a resultant flow resistance in which fuel is present in the valve assembly.

상기 폐쇄 스프링의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체의 자기력은 상기 스프링 힘과 상기 자기력의 합산된 힘의 크기가 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 일정하게 유지되거나, 또는 바람직하게는 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 감소하도록 서로 적응된다. 다시 말해, 상기 자기력과 상기 스프링 힘 사이의 차이는 상기 폐쇄된 위치로부터의 상기 밸브 니들의 간격과 무관하거나, 또는 상기 자기력과 상기 스프링 힘 사이의 차이는 바람직하게는 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 감소한다.Wherein the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are maintained constant as the magnitude of the combined force of the spring force and the magnetic force increases as the distance of the valve needle from the closed position increases, Are adapted to each other to decrease as the spacing of the valve needle from the closed position increases. In other words, the difference between the magnetic force and the spring force is independent of the spacing of the valve needle from the closed position, or the difference between the magnetic force and the spring force is preferably from the closed position to the valve needle As shown in FIG.

일 개선에서, 상기 연료 분사 밸브는 상기 자석 전기자 및/또는 상기 밸브 니들이 상기 극편을 향해 이동하는 것을 제한하는 스토퍼(stopper)를 갖는다. 상기 스토퍼는 예를 들어 상기 극편에 의해 형성되거나, 또는 상기 극편에 대해 정지해 있는 방식으로 고정되고, 특히 상기 극편에 고정된다. 상기 폐쇄 스프링의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체의 자기력은 바람직하게는 상기 자석 전기자 및/또는 상기 밸브 니들이 상기 스토퍼와 접촉하거나 접촉하게 될 때 합산된 힘이 상기 폐쇄된 위치로부터 멀어지는 방향을 향하는 방식으로 서로 적응된다. 바람직한 일 개량에서, 상기 자석 전기자 및/또는 상기 밸브 니들이 상기 스토퍼와 접촉하거나 접촉하게 될 때, 상기 합산된 힘은 특히 상기 코일을 통한 전류가 동일한 경우에 상기 폐쇄된 위치를 떠날 때 상기 밸브 니들에 가해지는 상기 합산된 힘의 크기의 최대 절반의 크기를 갖는다.In a work improvement, the fuel injection valve has a stopper that restricts movement of the magnet armature and / or the valve needle toward the pole piece. The stopper is fixed, for example, in such a way that it is formed by the pole piece or is stationary with respect to the pole piece, in particular fixed to the pole piece. The spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are preferably such that when the magnet armature and / or the valve needle are brought into contact or contact with the stopper, the summed forces are directed away from the closed position Is adapted. In a preferred development, when the magnet armature and / or the valve needle are brought into contact or contact with the stopper, the summed force is applied to the valve needle when leaving the closed position, especially when the current through the coil is the same Has a magnitude of at most half the magnitude of the summed force applied.

하나의 유리한 개선에서, 상기 자기력의 크기는 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 일정하게 유지된다. 이를 위해 상기 코일에는 예를 들어 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 저하되는 동작 전류가 인가될 수 있다. 이 경우, 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 합산된 힘의 크기가 저하하는 것이 특히 바람직하다. 다른 개선에서, 상기 자기력의 크기는 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 증가한다. 이 경우, 하나의 개량에서, 상기 코일에는 상기 밸브 니들의 개방 운동 동안 일정한 동작 전류가 적어도 일시적으로 인가될 수 있다. In one advantageous refinement, the magnitude of the magnetic force remains constant as the distance of the valve needle from the closed position increases. To this end, the coil may be subjected to a decreasing operating current, for example, as the spacing of the valve needle increases from the closed position. In this case, it is particularly preferable that the magnitude of the summed force decreases as the spacing of the valve needle from the closed position increases. In another improvement, the magnitude of the magnetic force increases as the distance of the valve needle from the closed position increases. In this case, in one refinement, a constant operating current may be applied to the coil at least temporarily during the opening motion of the valve needle.

일 개선에서, 상기 스프링 힘과 상기 자기력의 합산된 힘의 크기는 상기 코일을 통과하는 전류가 일정한 경우에 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 감소하거나 또는 적어도 일정하게 유지된다. 일 개선에서, 상기 코일을 통과하는 일정한 전류는 상기 액추에이터 조립체에 설계된 최대 동작 전류이다. 상기 최대 동작 전류는 예를 들어 10A 내지 18A의 값을 갖고 그 한계 값이 포함된다. 다른 개선에서, 상기 코일을 통과하는 일정한 전류는 상기 밸브를 개방된 위치에 유지하기 위해 상기 코일에 인가될 수 있는 유지 전류이며, 상기 유지 전류에서 상기 자석 전기자 또는 상기 밸브 니들은 상기 스토퍼를 지지하고 상기 밸브 니들의 상기 정지 부재는 상기 자석 전기자와 접촉한다. 상기 유지 전류는 예를 들어 3A 내지 5A의 값을 갖고 그 한계 값이 포함된다. 상기 자기력의 적응은, 예를 들어, 상기 개선에서, 특히 상기 코일의 인덕턴스와 정격 전류를 선택하는 것에 의해 발생한다.In the workpiece improvement, the magnitude of the summed force of the spring force and the magnetic force is reduced or at least constant as the distance of the valve needle from the closed position increases when the current through the coil is constant. In one improvement, the constant current through the coil is the maximum operating current designed for the actuator assembly. The maximum operating current has a value of, for example, 10A to 18A and the limit value is included. In another improvement, a constant current through the coil is a holding current that can be applied to the coil to maintain the valve in an open position, and at the holding current, the magnet armature or valve needle supports the stopper The stop member of the valve needle contacts the magnet armature. The holding current has a value of, for example, 3 A to 5 A and its limit value is included. The adaptation of the magnetic force is generated, for example, in the improvement, in particular by selecting the inductance and the rated current of the coil.

종래의 연료 분사 밸브에서, 상기 폐쇄 스프링은 상대적으로 낮은 스프링 상수만을 가져서, 그 결과 상기 스프링 힘은 상기 밸브 니들의 위치에 거의 의존하지 않아서, 상기 자석 전기자가 상기 극편으로 접근하는 것에 의해 상기 자기력이 상승할 수 있다. 그러면 상기 폐쇄된 위치로부터 간격이 증가함에 따라 상기 밸브 니들의 가속이 상승한다. 이와 달리, 본 연료 분사 밸브에서는 상기 밸브 니들의 개방 운동 동안 상기 밸브 니들의 가속이 유리하게 저하된다. 특히, 상기 자석 전기자 또는 상기 밸브 니들이 상기 스토퍼와 접촉할 때 상기 니들의 속도(이에 따라 운동 에너지)가 특히 낮다. 이러한 방식으로, 상기 자석 전기자 또는 상기 밸브 니들이 상기 스토퍼를 지지하고 상기 밸브 니들의 상기 정지 부재가 상기 자석 전기자와 접촉하는 개방된 위치 주위에서 상기 니들이 진동하는 것이 유리하게는 특히 낮은 진폭을 가지거나 또는 심지어 완전히 억제된다.In a conventional fuel injection valve, the closing spring has only a relatively low spring constant so that the spring force is hardly dependent on the position of the valve needle, so that the magnetic armature approaches the pole, Can rise. The acceleration of the valve needle is then increased as the gap increases from the closed position. In contrast, in the present fuel injection valve, the acceleration of the valve needle is advantageously lowered during the opening motion of the valve needle. In particular, the velocity of the needle (and thus the kinetic energy) is particularly low when the magnet armature or the valve needle contacts the stopper. In this way it is advantageously particularly advantageous for the magnet armature or the valve needle to support the stopper and to oscillate the needle about an open position where the stop member of the valve needle contacts the magnet armature, Even completely suppressed.

상기 액추에이터 조립체는 유리하게 상기 연료 분사 밸브를 개방된 위치에 유지하도록 설계될 수 있다. 하나의 유리한 개선에서, 상기 폐쇄 스프링은 상기 폐쇄된 위치로부터 개방된 위치로 진행하는 동안 상기 스프링 힘이 선응력에 대해 적어도 1.5배 증가되고 바람직하게는 적어도 2배 증가되는 방식으로 설계된다. 이와 달리, 종래의 연료 분사 밸브에서의 스프링 힘은 일반적으로 전체 니들 행정에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 일 개선에서, 상기 선응력은 5N 내지 25N, 바람직하게는 10N 내지 20N 사이의 값을 갖는다.The actuator assembly may advantageously be designed to hold the fuel injection valve in an open position. In one advantageous refinement, the closing spring is designed in such a way that the spring force is increased by at least 1.5 times, and preferably by at least twice, with respect to the linear stress during its progression from the closed position to the open position. Alternatively, the spring force in conventional fuel injection valves is generally substantially constant over the entire needle stroke. In one improvement, the applied stress has a value between 5N and 25N, preferably between 10N and 20N.

일 개선에서, 상기 폐쇄 스프링의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체의 자기력은 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 상기 니들 행정보다 특히 더 작은 미리 한정된 값을 초과하는 경우 상기 밸브 니들이 상기 밸브 조립체 내에 있는 연료의 흐름 저항에 의해 제동(braked)되는 방식으로 서로 적응된다. 특히, 상기 코일을 통과하는 미리 한정된 일정한 전류의 경우, 상기 밸브 니들은 상기 폐쇄된 위치를 떠날 때 상기 니들 행정의 일부를 따라 우선 가속되고 나서, 상기 간격이 미리 한정된 값을 초과하면 상기 니들 행정의 추가적인 부분에 걸쳐 제동된다. 이러한 방식으로, 개방된 위치 주위에서 상기 밸브 니들이 진동할 위험이 특히 낮아진다. 여기서, 상기 니들 행정은 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 개방된 위치에까지 이르는 거리이다.Wherein the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are such that when the distance of the valve needle from the closed position exceeds a predefined value that is particularly smaller than the needle stroke, And are adapted to each other in such a way that they are braked by the flow resistance of the fuel. In particular, for a predefined constant current passing through the coil, the valve needle is first accelerated along a portion of the needle stroke when leaving the closed position, and then, when the gap exceeds a predefined value, And is braked on additional portions. In this way, the risk of vibrating the valve needle around the open position is particularly low. Here, the needle stroke is the distance that the valve needle extends from the closed position to the open position.

일 개선에서, 상기 폐쇄 스프링의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체의 자기력은 특히 상기 코일을 통과하는 일정한 전류의 경우에 합산된 힘의 크기가 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 밸브 니들의 간격이 증가함에 따라 단조롭게 감소하는 방식으로 서로 적응된다. 추가적인 개선에서, 상기 연료 분사 밸브는 700 바(bar) 이하, 특히 500 바 이하의 연료 압력에서 동작하도록 설계된다. 특히, 상기 전자기 액추에이터 조립체는 상기 밸브 조립체 내에 있는 연료의 더 높은 압력에 대항하여 상기 폐쇄된 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들을 이동시킬 수 없을 정도로 약하게 설계된다. 일 개량에서, 상기 폐쇄 스프링의 스프링 상수는 100 N/mm 이상, 바람직하게는 300 N/mm 이상이다.In a work improvement, the spring constant of the closing spring and the magnetic force of the actuator assembly are such that the magnitude of the force summed in the case of a constant current passing through the coil monotonously decreases as the interval of the valve needle increases from the closed position To adapt to each other. In a further improvement, the fuel injection valve is designed to operate at fuel pressures of up to 700 bar, especially up to 500 bar. In particular, the electromagnetic actuator assembly is designed so weak that it can not move the valve needle away from the closed position against the higher pressure of fuel in the valve assembly. In one modification, the spring constant of the closing spring is 100 N / mm or more, preferably 300 N / mm or more.

추가적인 개선에서, 상기 밸브는, 상기 자석 전기자와 상기 정지 부재 사이에 확실한 맞물림 연결이 수행되는 동안 상기 밸브 니들에 가해지는 상기 자석 전기자의 힘이 상기 폐쇄된 위치에서 연료에 의해 상기 밸브 니들에 가해지는 유압력(hydraulic force)과 상기 폐쇄 스프링의 선응력의 합보다 1.3배 이상의 값을 갖는 방식으로 상기 아이들 행정과 상기 자석 전기자에 의해 설계된다. 상기 값은 상기 폐쇄된 위치에서 연료에 의해 상기 밸브 니들에 가해지는 유압력과 상기 폐쇄 스프링의 선응력의 합보다 바람직하게는 1.5배 이상, 특히 2배 내지 4배인 것이다. 일 개량에서, 상기 자석 전기자가 상기 정지 부재와 접촉할 때 상기 코일을 통과하는 전류는 최대가 된다. 예를 들어, 이 전류는 최대 동작 전류에 대응하는 값이다.In a further improvement, the valve is configured such that the force of the magnet armature applied to the valve needle while the secure engagement between the magnet armature and the stationary member is performed is applied to the valve needle by the fuel at the closed position Is designed by the idle stroke and the magnet armature in such a way as to have a value 1.3 times greater than the sum of the hydraulic force and the forward stress of the closing spring. The value is preferably at least 1.5 times, especially at least 2 times to 4 times the sum of the hydraulic pressure applied to the valve needle by the fuel at the closed position and the biasing force of the closing spring. In one improvement, the current through the coil is at its maximum when the magnet armature contacts the stationary member. For example, this current is a value corresponding to the maximum operating current.

이러한 방식으로, 상기 밸브 니들은 상기 폐쇄된 위치로부터 신뢰성 있게 상승되고, 상기 밸브 니들은 상기 니들 행정의 특히 적어도 1/3을 신속히 통과한다. 예를 들어, 상기 밸브 니들은 상기 니들 행정의 적어도 처음 50㎛를 신속히 통과한다.In this way, the valve needle is reliably raised from the closed position, and the valve needle rapidly passes through at least one third of the needle stroke. For example, the valve needle rapidly passes through at least the first 50 [mu] m of the needle stroke.

상기 연료 분사 밸브의 추가적인 장점과 유리한 개선 및 개량은 도면과 관련하여 제시된 다음 예시적인 실시예로부터 유래된다:Additional advantages and advantageous improvements and improvements of the fuel injection valve result from the following exemplary embodiments presented in connection with the drawings:

도 1은 알려진 연료 분사 밸브를 도시한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 일부의 개략적인 길이방향 상세 단면도;
도 3은 개방 지속기간에 의존하는 방식으로 알려진 연료 분사 밸브에 의해 출력되는 연료량의 다이어그램을 도시한 도면;
도 4는 알려진 연료 분사 밸브의 개방 지속기간에 의존하는 방식으로 니들 위치와 자석 전기자의 위치의 다이어그램을 도시한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 개방 지속기간에 의존하는 방식으로 니들 위치와 자석 전기자의 위치의 다이어그램을 도시한 도면; 및
도 6은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 개방 지속기간에 의존하는 방식으로 자기력, 스프링 힘 및 유압력의 다이어그램.1 shows a known fuel injection valve;
2 is a schematic longitudinal sectional detailed view of a part of a fuel injection valve according to the present invention;
3 shows a diagram of a fuel quantity output by a known fuel injection valve in a manner dependent on the open duration;
Figure 4 shows a diagram of the needle position and the position of the magnet armature in a manner dependent on the open duration of a known fuel injection valve;
Figure 5 shows a diagram of the needle position and the position of the magnet armature in a manner dependent on the open duration of the fuel injection valve according to the invention; And
6 is a diagram of magnetic force, spring force and hydraulic pressure in a manner dependent on the open duration of the fuel injection valve according to the present invention.

동일한 구성 요소, 균등한 구성 요소 또는 동일하게 작용하는 구성 요소는 도면에서 동일한 참조 부호로 제공된다. 일부 도면에서는 명료함을 개선시키기 위해 개별 참조 부호가 생략되었을 수 있다. 도면 및 이 도면에 도시된 구성 요소의 비율은, 단위가 명시적으로 제시되지 않는 한, 축척에 맞는 것으로 고려되어서는 안 된다. 오히려 개별 요소는 표현을 개선시키고 및/또는 이해를 개선시키기 위해 과장되게 표시되었을 수 있다.Like components, equivalent components, or components that operate in the same manner are provided with the same reference numerals in the drawings. In some drawings, individual reference signs may be omitted to improve clarity. The proportions of the figures and elements shown in the figures should not be considered to scale, unless the units are explicitly shown. Rather, individual elements may be exaggeratedly indicated to improve expression and / or improve understanding.

도 1은 종래 기술에 따른 내연 엔진용 연료 분사 밸브(100)를 연료 분사 밸브(100)의 길이 방향 축(140)을 통한 길이방향 단면도로 도시한다.1 shows a fuel injection valve 100 for an internal combustion engine according to the prior art in a longitudinal cross-section through a longitudinal axis 140 of the fuel injection valve 100.

연료 분사 밸브(100)는 밸브 조립체(105)를 갖는다. 밸브 조립체는 중공 밸브 몸체(160), 밸브 니들(135) 및 밸브 안착부(150)를 갖는다.The fuel injection valve 100 has a valve assembly 105. The valve assembly has a hollow valve body 160, valve needle 135 and valve seat 150.

밸브 니들(135)은 밸브 몸체(160) 내에 수용되고, 이 밸브 몸체(160)에 대해 변위될 수 있도록 장착된다. 밸브 니들은 연료 분사 밸브(100)의 분사 개구(115)를 폐쇄하기 위해 밸브 안착부(150)와 기계적으로 상호 작용한다. 이를 위해, 밸브 니들(135)은, 분사 개구(115)를 향하는 단부에, 본 경우에 볼(ball)의 기본 형상을 갖는 폐쇄 부재(145)를 갖는다.The valve needle 135 is received in the valve body 160 and is mounted to be displaceable relative to the valve body 160. The valve needle mechanically interacts with the valve seat 150 to close the injection opening 115 of the fuel injection valve 100. To this end, the valve needle 135 has a closure member 145 at the end facing the injection opening 115, which in this case has the basic shape of a ball.

또한, 밸브 니들(135)은 폐쇄 부재(145)의 반대쪽 밸브 니들(135)의 단부에 배치된 정지 부재(165)를 갖는다. 연료 분사 밸브(100)의 폐쇄 스프링(155)은 정지 부재(165)에 작용한다. 스프링 힘(Ff)을 밸브 니들(135)에 가하기 위해 폐쇄 스프링(155)은 선응력을 받는데, 이 스프링 힘(Ff)은 밸브 니들(135)을 폐쇄된 위치(230)의 방향으로 선부하(preload)를 가한다. 폐쇄된 위치(230)에서, 폐쇄 부재(145)는 밸브 안착부(150)와 밀봉 접촉한다.The valve needle 135 also has a stop member 165 disposed at the end of the valve needle 135 opposite the closing member 145. The closing spring 155 of the fuel injection valve 100 acts on the stop member 165. The closing spring 155 is subjected to a linear stress in order to apply the spring force Ff to the valve needle 135 such that the spring force Ff is applied to the valve needle 135 in the direction of the closed position 230, preload. In the closed position 230, the closure member 145 is in sealing contact with the valve seat 150.

또한, 연료 분사 밸브(100)는, 코일(125), 극편(127) 및 자석 전기자(130)를 갖는 전자기 액추에이터 조립체(120)를 갖는다. 극편(127)은 밸브 몸체(160)에 대해 정지해 있다. 예를 들어, 극편은 밸브 몸체(160)에 고정되어 있거나 또는 밸브 몸체(160)와 일체로 구성된다.The fuel injection valve 100 also has an electromagnetic actuator assembly 120 having a coil 125, a pole piece 127 and a magnet armature 130. The pole piece 127 is stationary with respect to the valve body 160. For example, the extreme may be fixed to valve body 160 or may be integral with valve body 160.

자석 전기자(130)는 밸브 몸체(160) 내에 배치되고, 밸브 몸체(160)에 대해 변위될 수 있도록 장착된다. 또한, 자석 전기자는, 밸브 니들(135)에 대해 변위될 수 있도록, 보다 정확히는, 밸브 니들(135)의 생크(shank)에 모두 고정 연결된 정지 부재(165)와 디스크(180) 사이에서 변위될 수 있도록 장착된다. The magnet armature 130 is disposed within the valve body 160 and is mounted to be displaceable with respect to the valve body 160. The magnet armature can also be displaced between the disc 180 and the stationary member 165 fixedly connected to the shank of the valve needle 135 so that it can be displaced relative to the valve needle 135, Respectively.

코일(125)은 통전될 때 자석 전기자(130)에 자기력(Fm)을 발생시켜 분사 개구(115)를 통해 연료 흐름을 방출하도록 구성된다. 이 자기력(Fm)은 자석 전기자(130)를 극편(127) 쪽으로 이동시키고, 이에 상기 자석 전기자(130)는, 연료 분사 밸브(100)의 전류 없는 휴지 상태에서 정지 부재로부터 이격되어 있는 상태에서, 우선 정지 부재(165)를 향해 아이들 행정(220)을 수행하고 나서, 정지 부재(165)와 확실한 맞물림 연결을 수행한 결과, 자석 전기자는 추가적인 경로에서 밸브 니들(135)을 극편(127) 방향으로 구동시켜, 결과적으로 밸브 니들(135)은 폐쇄된 위치(230)로부터 멀어지는 방향으로 이동되어서 분사 개구(115)를 통한 연료 흐름을 방출한다. The coil 125 is configured to generate a magnetic force Fm in the magnet armature 130 when energized to discharge the fuel flow through the injection opening 115. [ This magnetic force Fm moves the magnet armature 130 to the pole pieces 127 so that the magnet armature 130 is separated from the stationary member in the idle state of the fuel injection valve 100, First the idler stroke 220 toward the stop member 165 and then the secure engagement of the stationary member 165 results in the magnet armature moving the valve needle 135 in the direction of the pole 127 And as a result, the valve needle 135 is moved away from the closed position 230 to release the fuel flow through the injection opening 115.

본 경우에, 자석 전기자(130)를 향하는 극편(127)의 단부로 형성되는 스토퍼(170)는 자석 전기자(130)가 극편(127)을 향해 축방향으로 이동하는 것을 제한한다. 밸브 조립체(105)의 개방된 위치(215, 235)에서, 자석 전기자(130)는 스토퍼(170)를 지지하고, 정지 부재(165)는 자석 전기자(130)를 지지한다.In this case, the stopper 170, which is formed by the end of the pole piece 127 facing the magnet armature 130, restricts the magnet armature 130 from moving in the axial direction toward the pole pieces 127. At the open positions 215 and 235 of the valve assembly 105 the magnet armature 130 supports the stopper 170 and the stationary member 165 supports the magnet armature 130.

도 1에 따른 연료 분사 밸브(100)에서, 아이들 행정(220)은, 영구 자석(175)이 자석 전기자(130)에 극편(127)과는 반대 방향으로 전기자 복원력(Fr)을 가하는 것에 의해 보장된다. 영구 자석(175)에 의해 가해지는 전기자 복원력(Fr)은 영구 자석(175)으로부터 자석 전기자(130)의 간격이 증가함에 따라 크게 감소하고, 결과적으로 영구 자석은 특히 개방 운동의 단부에서 극편(127)에 자석 전기자(130)의 접촉을 댐핑시키지 않거나 또는 매우 약간만 댐핑시킨다. 이것은 밸브 니들(135)이 오버슈트하는 것과, 밸브 니들(135)의 개방된 위치(235) 주위에서 밸브 니들(135)이 진동하는 것을 야기하는데, 여기서 이 개방된 위치(235)에서는 정지 부재(165)가 자석 전기자(130)와 확실하게 맞물리게 접촉하는 반면, 자석 전기자(130)는 극편(127)과 확실하게 맞물리게 접촉하는 위치이다.In the fuel injection valve 100 according to Fig. 1, the idle stroke 220 is ensured by the permanent magnet 175 applying an armature restoring force Fr to the magnet armature 130 in a direction opposite to the pole piece 127 do. The armature restoring force Fr applied by the permanent magnet 175 greatly decreases as the interval of the magnet armature 130 from the permanent magnet 175 increases and consequently the permanent magnet particularly suffers from the disadvantage that the pole piece 127 To damp the contact of the magnet armature 130 to a very small extent. This causes the valve needle 135 to overshoot and cause the valve needle 135 to vibrate around the open position 235 of the valve needle 135 where the stop member 165 are in secure contact with the magnet armature 130 while the magnet armature 130 is in contact with the pole piece 127 in a securely engaged manner.

상기 진동은 예시로서 도 4에 도시되어 있으며, 도 4는 연료 분사 밸브(115)의 개방 지속기간(Ti)에 따라 밸브 안착부(145)로부터 밸브 니들(135)의 간격(n1)(파선)과, 자석 전기자(130)의 위치(실선)를 도시한다. 여기서, 개방 지속시간(Ti)은 특히 코일(125)에 인가되는 전기 전류 신호의 지속기간이다.4 shows an example in which the interval n1 (dashed line) of the valve needle 135 from the valve seat portion 145 in accordance with the open duration Ti of the fuel injection valve 115, And the position of the magnet armature 130 (solid line). Here, the open duration Ti is, in particular, the duration of the electric current signal applied to the coil 125.

니들 위치의 진동하는 프로파일은 원으로 표시된 구역에서 볼 수 있다. 이 진동 프로파일은 도 1의 연료 분사 밸브(100)의 개방 지속기간(Ti)에 따라 도 3에 파선 타원형으로 표시된 분사량(mf)이 비선형인 것을 야기한다.The vibrating profile of the needle position can be seen in the circle marked area. This vibration profile causes the injection quantity mf indicated by the broken line ellipse in Fig. 3 to be non-linear according to the open duration Ti of the fuel injection valve 100 of Fig.

이와 달리, 도 2는 도 1과 관련하여 기술된 알려진 연료 밸브(100)에 기본적으로 대응하는 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 연료 분사 밸브(100)의 일부를 상세히 도시한다. 도 2는 연료 분사 밸브(100)의 밸브 조립체(105)의 길이방향 상세 단면도를 도시한다. 여기서, 밸브 조립체(105)의 (도면의 평면에서) 우측 절반만이 단순화를 위해 도시되어 있다.2 depicts in detail a portion of a fuel injection valve 100 according to one exemplary embodiment of the present invention, which basically corresponds to the known fuel valve 100 described in connection with FIG. 2 shows a longitudinal detail sectional view of the valve assembly 105 of the fuel injection valve 100. Fig. Here, only the right half (in the plane of the drawing) of the valve assembly 105 is shown for simplicity.

도 1의 연료 분사 밸브(100)와 달리, 자석 전기자(130)의 아이들 행정(220)은 전기자 복원 스프링(240)에 의해 보장된다. 영구 자석(175)은 유리하게는 생략될 수 있다. 전기자 복원 스프링(240)의 반대쪽 단부들은 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 스토퍼(170)와 자석 전기자(130)에 의해 각각 지지될 수 있다. 각 단부를 수용하기 위해 자석 전기자(130)와 스토퍼(170)에 컷아웃(cutout)(245, 250)이 제공될 수 있다.Unlike the fuel injection valve 100 of FIG. 1, the idle stroke 220 of the magnet armature 130 is ensured by the armature restoring spring 240. The permanent magnet 175 may be advantageously omitted. The opposite ends of the armature restoring spring 240 can be supported by, for example, the stopper 170 and the magnet armature 130, respectively, as shown in FIG. Cutouts 245 and 250 may be provided in the magnet armature 130 and the stopper 170 to accommodate each end.

스토퍼가 극편(127)과 상이한 경우, 전기자 복귀 스프링(240)의 일 단부는 또한 극편(127) 자체에 의해 지지될 수 있다. 본 경우에, 전기자 복귀 스프링(240)은 자석 전기자(130)와 스토퍼(170)를 방사 방향으로 따른다. 대안적으로, 전기자 복원 스프링(240)의 단부들은 또한 자석 전기자(130) 및/또는 스토퍼(170) 또는 극편(127)의 중심 통로 개구에 배치될 수 있다. 추가적인 대안적인 개선에서, 전기자 복원 스프링의 일 단부는 스토퍼(170)에 의해 지지되는 것이 아니라 밸브 니들(135)에 의해, 특히 정지 부재(165)에 의해 지지된다. 전기자 복원 스프링(240), 정지 부재(165)(구동기라고도 함), 자석 전기자(130), 및 스토퍼(170) 또는 극편(127)의 배치와 설계에 관한 상세 사항은 독일 특허 출원 번호 10 2013 219 974.0에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에서 포함된다.When the stopper is different from the pole piece 127, one end of the armature return spring 240 can also be supported by the pole piece 127 itself. In this case, the armature return spring 240 follows the magnet armature 130 and the stopper 170 in the radial direction. Alternatively, the ends of the armature restoring spring 240 may also be disposed in the central arm opening of the magnet armature 130 and / or the stopper 170 or the pole piece 127. In a further alternative improvement, one end of the armature restoring spring is not supported by the stopper 170 but is supported by the valve needle 135, in particular by the stop member 165. Details regarding the arrangement and design of the armature restoring spring 240, the stop member 165 (also referred to as the actuator), the magnet armature 130 and the stopper 170 or the pole piece 127 are described in German Patent Application No. 10 2013 219 974.0, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

연료 분사 밸브(100)의 비-통전된 휴지 상태에서, 자석 전기자(130)는 전기자 복원 스프링(240)에 의해 스프링 힘이 가해지는 것으로 인해 제1 위치(205)에 위치되고, 이 제1 위치(205)는 자석 전기자가 밸브 니들(135)의 정지 부재(165)로부터 이격되어 있는 위치이다. 동작 전류가 코일(125)에 인가되는 것에 의해 자석 전기자(130)에 자기력(Fm)이 생성되고, 이에 자석 전기자가 제2 위치(210)에서 정지 부재(165)와 접촉할 때까지, 상기 자석 전기자(130)는 아이들 행정(220)에 의해 제1 위치(205)로부터 전기자 복원 스프링(240)의 스프링 힘에 대항하여 밸브 니들(135)에 대해 축 방향으로 변위된다. In the non-energized rest state of the fuel injection valve 100, the magnet armature 130 is located at the first position 205 due to the spring force being applied by the armature restoring spring 240, (205) is the position where the magnet armature is spaced apart from the stop member (165) of the valve needle (135). A magnetic force Fm is generated in the magnet armature 130 by the application of an operating current to the coil 125 so that the magnet armature contacts the stationary member 165 at the second position 210, The armature 130 is displaced axially relative to the valve needle 135 against the spring force of the armature restoring spring 240 from the first position 205 by the idle stroke 220.

접촉시부터, 이 전기자는 작동 경로(225)에서 자기력(Fm)에 의해 제3 위치(215)로 변위되고, 제3 위치에서 전기자는 스토퍼(170)와 접촉하게 된다. 작동 경로(225)에서, 자석 전기자(130)는 폐쇄 스프링(155)의 스프링 힘(Ff)에 대항하여 폐쇄된 위치(230)로부터 개방된 위치(235)로 정지 부재(165)를 통해 밸브 니들을 구동한다. 밸브 조립체(105)의 개방된 위치에서, 자석 전기자(130)는 제3 위치(215)에서 스토퍼(170)와 확실하게 맞물리게 접촉하고, 밸브 니들(135)은 개방된 위치(235)에 있고, 여기서 정지 부재(165)는 자석 전기자(130)와 확실하게 맞물리게 접촉한다.From the time of contact, the armature is displaced to the third position 215 by the magnetic force Fm in the operation path 225, and the armature comes into contact with the stopper 170 at the third position. The magnet armature 130 is moved from the closed position 230 to the open position 235 against the spring force Ff of the closing spring 155 through the stop member 165, . The magnet armature 130 is in secure contact with the stopper 170 at the third position 215 and the valve needle 135 is in the open position 235 and in the open position of the valve assembly 105, Wherein the stop member 165 is in secure engagement with the magnet armature 130.

연료 인젝터(100)는 예를 들어 350 바의 공칭 압력에서 동작하도록 설계된다. 특히, 연료 인젝터는 420 바의 최대 연료 압력에서 개방하도록 설계되었다. 본 예시적인 실시예에서, 폐쇄 스프링(155)의 스프링 정수는 100 N/mm 이상, 본 경우 300 N/mm의 값을 갖는다. 도 1의 알려진 연료 분사 밸브에서, 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수는 이와 달리 단지 14 N/mm일 뿐이다. 하나의 개선에서, 폐쇄 스프링은 10N 내지 30N의 힘으로 선응력을 받고, 여기서 그 한계 값이 포함된다. 본 경우에, 이 선응력은 20N이다.Fuel injector 100 is designed to operate at a nominal pressure of, for example, 350 bar. In particular, the fuel injector was designed to open at a maximum fuel pressure of 420 bar. In this exemplary embodiment, the spring constant of the closing spring 155 has a value of 100 N / mm or greater, in this case 300 N / mm. In the known fuel injection valve of FIG. 1, the spring constant of the closing spring 155 is otherwise only 14 N / mm. In one improvement, the closing spring receives a linear stress with a force of 10 N to 30 N, where the limit value is included. In this case, the applied stress is 20N.

액추에이터 조립체는 예를 들어 10A 내지 20A의 값을 갖는 최대 동작 전류를 위해 설계되었으며, 여기서 그 한계 값이 포함된다. 본 경우에, 이 조립체는 12A의 최대 동작 전류를 위해 설계된다. 일 개선에서, 코일(125)의 인덕턴스는 0.1 mH 내지 10 mH의 값을 가지며, 여기서 그 한계 값이 포함되고, 예를 들어, 2 mH의 값을 가진다. 여기서, 인덕턴스는, 특히 연료 인젝터(100)의 폐쇄된 상태에서 (즉, 자석 전기자(130)가 제1 위치(205)에 있고 밸브 니들(135)이 폐쇄된 위치(230)에 있는 상태에서) 측정된다. 본 경우, 폐쇄된 상태에서 인덕턴스는 2 mH 내지 4 mH의 값을 갖는다. 자석 전기자(130)가 제2 위치(210)에 있고 코일에 12A의 최대 동작 전류가 인가되면, 인덕턴스는 예를 들어 0.16 mH 내지 0.8 mH의 값으로 떨어진다.The actuator assembly is designed for a maximum operating current having a value of, for example, 10 A to 20 A, where the limits are included. In this case, this assembly is designed for a maximum operating current of 12A. In one improvement, the inductance of the coil 125 has a value of 0.1 mH to 10 mH, where the limit is included and has a value of, for example, 2 mH. Here, the inductance is particularly high in the closed state of the fuel injector 100 (i.e., with the magnet armature 130 in the first position 205 and the valve needle 135 in the closed position 230) . In this case, the inductance in the closed state has a value of 2 mH to 4 mH. When the magnet armature 130 is in the second position 210 and a maximum operating current of 12 A is applied to the coil, the inductance drops to a value of, for example, 0.16 mH to 0.8 mH.

아이들 행정(220)은 예를 들어, 40㎛ 내지 120㎛의 값을 가지며, 여기서 그 한계 값이 포함되고; 본 경우에 이 아이들 행정은 40㎛이다. 작동 경로(225)는, 예를 들어, 40㎛ 이상, 바람직하게는 40㎛ 내지 100㎛의 길이를 가지며, 여기서 그 한계 값이 포함된다. 이 경우, 작동 경로(225)는 약 90㎛의 길이를 갖는다.The idle stroke 220 has a value of, for example, 40 占 퐉 to 120 占 퐉, wherein the limit value is included; In this case, the idle stroke is 40 占 퐉. The working path 225 has a length of, for example, 40 占 퐉 or more, preferably 40 占 퐉 to 100 占 퐉, and the limit value is included here. In this case, the operating path 225 has a length of about 90 mu m.

이러한 방식으로, 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 액추에이터 조립체(120)의 자기력은, 자기력(Fm)이 일정한 경우에, 스프링 힘(Ff)과 자기력(Fm)의 합산된 힘의 크기가 폐쇄된 위치(230)로부터 밸브 니들(135)의 간격이 증가함에 따라 단조롭게 감소하는 방식으로 서로 적응된다. 개방된 위치(215, 235)에서, 합산된 힘의 크기는 밸브 니들(135)이 폐쇄된 위치(230)를 떠날 때(자석 전기자(130)가 제2 위치(210)에 있을 때)의 합산된 힘의 크기의 50% 이하의 값을 가진다. 여기서, 개방된 위치(215, 235)에서 합산된 힘은 폐쇄된 위치(230)로부터 멀어지는 방향을 향하고, 그 결과 자석 전기자(130)와 밸브 니들(135)은 자기력(Fm)에 의해 개방된 위치(215, 235)에 유지된다.In this manner, the spring constant of the closing spring 155 and the magnetic force of the actuator assembly 120 are set such that when the magnetic force Fm is constant, the magnitude of the combined force of the spring force Ff and the magnetic force Fm is closed Are adapted to each other in a monotonically decreasing manner as the spacing of the valve needle (135) from position (230) increases. In the open positions 215 and 235 the magnitude of the summed force is greater than the sum of the sum of the sum of the forces when the valve needle 135 leaves the closed position 230 (when the magnet armature 130 is in the second position 210) Which is less than 50% of the magnitude of the applied force. Here, the summed forces at the open positions 215 and 235 are directed away from the closed position 230 so that the magnet armature 130 and the valve needle 135 are at a position that is opened by the magnetic force Fm (215, 235).

동시에, 작동 경로(225)의 약 50㎛를 통과한 후에는, 밸브 니들은 극편(127)을 향해 단지 약하게만 가속되고, 자석 전기자(130)가 스토퍼(170)에 접촉하기 적어도 15㎛ 앞에서는, 바람직하게는 적어도 30㎛ 앞에서는, 밸브 몸체(160) 내 연료의 흐름 저항에 의해 제동될 만큼 합산된 힘이 매우 작아진다. 스토퍼(170)와 접촉하는 동안 자석 전기자(130)의 속도는, 작동 경로의 처음 50㎛를 통과하는 것에 대응하는 위치에서보다 유리하게는 더 낮은데, 예를 들어, 적어도 30%만큼 더 낮고, 바람직하게는 적어도 60%만큼 더 낮아진다.At the same time, after passing through about 50 mu m of the actuating path 225, the valve needle is only accelerated only slightly toward the pole piece 127, and at least 15 mu m before the magnet armature 130 contacts the stopper 170 , Preferably at least 30 占 퐉, the summed force to be braked by the flow resistance of the fuel in the valve body 160 becomes very small. The speed of the magnet armature 130 during contact with the stopper 170 is advantageously lower at a position corresponding to passing through the first 50 mu m of the working path, e.g., at least 30% lower, To at least 60%.

도 6은 개방 지속기간(Ti), 즉 코일(125)에 인가되는 전기 전류 신호의 지속시간에 따라 힘(F), 즉 자기력(Fm), 스프링 힘(Ff), 및 연료에 의해 밸브 니들(135)에 가해지는 힘(Fh)의 프로파일을 도시한다. 여기서, 명료함을 위해 스프링 힘(Ff)과 자기력(Fm)의 (양의) 크기만이 도시되어 있으나, 이들 2개의 힘은 서로 반대 방향으로 작용하는 것이다. 동일한 시간축에 대해, 도 5는 개방 지속기간(파선)(Ti)과 자석 전기자(130)의 위치(실선)에 의존하는 방식으로 폐쇄된 위치(230)로부터 밸브 니들(135)의 간격(n1)을 도시한다. 6 shows the relationship between the force F, i.e., the magnetic force Fm, the spring force Ff, and the valve needle (not shown) by the fuel according to the open duration Ti, i.e. the duration of the electric current signal applied to the coil 125 135). ≪ / RTI > Here, for clarity, only (positive) magnitudes of the spring force Ff and the magnetic force Fm are shown, but these two forces act in opposite directions. 5 shows the distance n1 of the valve needle 135 from the closed position 230 in a manner that depends on the open duration Ti (broken line) and the position of the magnet armature 130 (solid line) Lt; / RTI >

코일 전류가 스위치온(switch on)된 후, 제1 시간(T1)에서 자석 전기자(130)가 제1 위치(205)로부터 멀어지는 방향으로 이동하기 시작하고 나서 자석 전기자(130)가 제2 시간(T2)에서 정지 부재(165)와 접촉할 때까지 자기력(Fm)이 우선 상승한다. 제2 시간(T2)에서, 폐쇄된 위치(230)로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(135)이 이동하기 시작한다. 코일을 통과하는 동작 전류가 최대 값으로부터 유지 전류로 연속적으로 낮아짐으로써, 자기력(Fm)은 상기 시간(T2)으로부터 적어도 대략 일정하게 유지된다. 이와 달리, 선응력으로부터 시작하여, 스프링 힘(Ff)은, 밸브가 이후 제3 시간(T3)에서 개방된 위치(215, 235)에 들어갈 때 나타나는 최대 값에 도달할 때까지 시간(T2)으로부터 상승한다. 본 경우에, 스프링 힘(Ff)의 최대 값은 선응력의 약 2.5배에 대응한다.The magnet armature 130 begins to move in a direction away from the first position 205 at the first time T 1 after the coil current is switched on, The magnetic force Fm first rises until it comes into contact with the stopping member 165 at the time T 2 . At a second time T 2 , the valve needle 135 begins to move in a direction away from the closed position 230. As the operating current passing through the coil is continuously lowered from the maximum value to the holding current, the magnetic force Fm is maintained at least approximately constant from the time T 2 . Alternatively, starting from a pre-stressed spring force (Ff) is, the valve is after the third time (T 3) the location of time until reaching the maximum value may appear to get in (215, 235) (T 2 opens at ). In this case, the maximum value of the spring force Ff corresponds to about 2.5 times the linear stress.

스프링 힘(Ff)과 자기력(Fm)의 합산된 힘은 밸브 니들이 시간(T2)에서 폐쇄된 위치(230)를 떠날 때 약 40N의 값을 가지며, 자석 전기자(130) 또는 밸브 니들(135)이 시간(T3)에서 스토퍼(170)와 접촉하게 될 때 약 15N의 값만을 가진다. 이것은 합산된 힘이 40% 미만으로 감소한 것에 대응한다.The combined force of the spring force Ff and the magnetic force Fm has a value of about 40 N when the valve needle leaves the closed position 230 at time T 2 and the magneto armature 130 or the valve needle 135, And only has a value of about 15 N when it comes into contact with the stopper 170 at this time T 3 . This corresponds to a decrease in the combined force of less than 40%.

여기서, 자기력(Fm)의 크기는 두 경우 모두 스프링 힘(Ff)의 크기보다 더 커서, 결과적으로 합산된 힘은 각 경우에 개방 방향을 향하게 된다. 그러나, 자석 전기자(130) 또는 밸브 니들(135)이 시간(T3)에 스토퍼(170)와 접촉할 때 합산된 힘의 크기는, 연료가 밸브 니들(135)이 이동하는 것에 대항하는 유압력(Fh)의 크기보다 더 작아져서, 결과적으로 밸브 니들은 개방된 위치(235)에 도달하기 전에 연료의 흐름 저항에 의해 제동된다.Here, the magnitude of the magnetic force Fm is larger than the magnitude of the spring force Ff in both cases, so that the summed force is directed to the opening direction in each case. However, the magnitude of the force summing when the magnet armature (130) or the valve needle 135 is in contact with the stopper 170, the time (T 3), the hydraulic force which the fuel counter to which the valve needle 135 moves (Fh), so that the valve needle is braked by the flow resistance of the fuel before reaching the open position (235).

이에 따라, 자석 전기자(130)가 스토퍼(170)와 접촉할 때 개방된 위치(235)를 넘어 니들(135)이 오버슈트하는 것이 특히 낮아져서, 니들 위치가 진동하는 것이 회피된다. 이것은 본 연료 분사 밸브(100)의 개방 지속기간(Ti)에 의존하는 방식으로 폐쇄된 위치(230)로부터 밸브 니들(135)이 이격된 간격(n1)을 나타내는 파선을 사용하여 도 5에 도시되어 있다. 자석 전기자(130)의 위치는 또한 유리하게는 진동 프로파일을 갖지 않는다(도 5의 실선 참조). 따라서, 분사량(mf)이 특히 정밀한 방식으로 설정될 수 있다. 연료 분사 밸브(100)는 미리 한정된 분사량(Mf)을 달성하기 위해 특히 간단하게 작동될 수 있다.Thereby, it is particularly low that the needle 135 overshoots beyond the open position 235 when the magnet armature 130 contacts the stopper 170, so that oscillation of the needle position is avoided. This is illustrated in Figure 5 using a dashed line indicating the spacing n1 at which the valve needle 135 is spaced from the closed position 230 in a manner that depends on the open duration Ti of the present fuel injection valve 100 have. The position of the magnet armature 130 also advantageously has no vibration profile (see the solid line in Figure 5). Therefore, the injection amount mf can be set in a particularly precise manner. The fuel injection valve 100 can be operated particularly simply to achieve a predetermined injection amount Mf.

시간(T2)에서 자석 전기자(130)와 정지 부재(165) 사이에 확실한 맞물림 연결이 수행되는 동안 밸브 니들(135)에 가해지는 약 65N의 자석 전기자(130)의 힘(Fm)은 폐쇄된 위치(230)에서 연료에 의해 밸브 니들(135)에 가해지는 약 30N의 유압력과, 본 경우에 20N의 폐쇄 스프링(155)의 선응력의 합의 약 1.3배에 대응한다. 이에 따라, 폐쇄된 위치(230)로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(135)이 이동하는데 충분한 힘의 영향이 아이들 행정과 자석 전기자에 의해 보장된다.The force Fm of the magnet armature 130 of about 65N applied to the valve needle 135 while the secure engagement between the magnet armature 130 and the stationary member 165 is performed at time T 2 is closed Corresponds to about 1.3 times the sum of the oil pressure of about 30 N applied to the valve needle 135 by the fuel at position 230 and the biasing force of the closing spring 155 of 20 N in the present case. Thereby, the effect of a force sufficient to move the valve needle 135 in a direction away from the closed position 230 is ensured by the idle stroke and the magnet armature.

본 발명은 예시적인 실시예를 사용하는 상세한 사항에 의해 상기 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 모든 신규한 특징, 및 특히 예시적인 실시예와 특허 청구범위에 있는 특징들의 모든 조합을 포함하는 모든 특징들의 조합을 포함한다.The present invention is not limited to the above exemplary embodiments by the details using the exemplary embodiments. Rather, the invention includes all novel features, and in particular all combinations of features, including all combinations of features in the exemplary embodiments and the claims.

Claims (8)

연료 분사 밸브(100)로서,
- 서로 기계적으로 상호 작용하는 변위가능하게 장착된 밸브 니들(135)과 밸브 안착부(150)를 구비하고, 상기 밸브 니들(135)의 폐쇄된 위치(230)에서는 상기 연료 분사 밸브(100)의 분사 개구(115)를 통한 연료 흐름을 방지하고, 상기 밸브 니들(135)의 다른 위치에서는 연료 흐름을 방출하기 위한 밸브 조립체(105),
- 상기 밸브 니들(135)에 스프링 힘(Ff)을 가하고 상기 스프링 힘(Ff)은 상기 밸브 니들(135)을 상기 폐쇄된 위치(230)의 방향으로 부하를 가하는, 선응력을 받는 폐쇄 스프링(155), 및
- 코일(125), 극편(127) 및 자석 전기자(130)를 갖는 전자기 액추에이터 조립체(120)를 포함하고,
-- 상기 자석 전기자(130)는 상기 밸브 니들(135)에 대해 변위될 수 있고, 상기 연료 분사 밸브(100)의 휴지(rest) 상태에서는 상기 밸브 니들(135)의 정지 부재(165)로부터 이격되어 있도록 장착되고,
-- 상기 코일(125)은 통전될 때 상기 자석 전기자(130)에 자기력(Fm)을 생성시켜 상기 자석 전기자(130)를 상기 극편(127)을 향해 이동시켜 상기 분사 개구(115)를 통해 연료 흐름을 방출하도록 구성되고,
-- 상기 자석 전기자(130)는 상기 극편(127)을 향해 이동하는 도중에, 상기 정지 부재(165)를 향해 아이들 행정(220)을 우선 수행하고 나서 상기 정지 부재와 확실한 맞물림 연결(positively locking connection)을 수행한 결과, 상기 밸브 니들(135)을 상기 극편(127)의 방향으로 구동시키고,
상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체(120)의 자기력(Fm)은, 상기 스프링 힘(Ff)과 자기력의 합산된 힘의 크기가 자기력(Fm)이 일정하거나 증가하는 경우에 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 간격이 증가함에 따라 감소하거나, 자기력(Fm)이 증가하는 경우에 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 간격이 증가함에 따라 일정하게 유지되거나 감소하도록, 서로 적응되고,
상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체(120)의 자기력(Fm)은, 상기 연료 분사 밸브(100)의 동작 동안, 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 간격이 니들 행정보다 더 작은 미리 한정된 값을 초과하는 경우, 상기 밸브 니들(135)이 상기 밸브 조립체(105) 내에 있는 연료의 흐름 저항에 의해 제동되는 방식으로 서로 적응되고, 상기 니들 행정은 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄된 위치로부터 미리 한정된 개방된 위치에까지 이르는 거리이고,
500 바(bar) 이하의 연료 압력에서 동작하고, 상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수는 100 N/mm 이상이도록 설계된, 연료 분사 밸브(100).As the fuel injection valve 100,
And a valve seat (150) mounted movably in mutual interaction with the valve needle (135), wherein in the closed position (230) of the valve needle (135) A valve assembly 105 for preventing fuel flow through the injection opening 115 and for releasing fuel flow at other locations of the valve needle 135,
- applying a spring force (Ff) to the valve needle (135) and the spring force (Ff) applying a closing force to the valve needle (135) in the direction of the closed position (230) 155), and
- an electromagnetic actuator assembly (120) having a coil (125), a pole piece (127) and a magnet armature (130)
The magnet armature 130 may be displaced relative to the valve needle 135 and may be spaced apart from the stop member 165 of the valve needle 135 in the rest state of the fuel injection valve 100 Respectively,
The coil 125 generates a magnetic force Fm in the magnet armature 130 when energized and moves the magnet armature 130 toward the pole piece 127 to generate fuel Flow,
The magnet armature 130 first performs the idle stroke 220 towards the stop member 165 during its movement towards the pole piece 127 and then positively locking connection with the stop member, The valve needle 135 is driven in the direction of the pole piece 127,
The spring constant of the closing spring 155 and the magnetic force Fm of the actuator assembly 120 are set such that the magnitude of the sum of the spring force Ff and the magnetic force is equal to or greater than the magnitude of the magnetic force Fm, As the distance of the valve needle 135 from the closed position 230 increases or the gap of the valve needle 135 increases from the closed position 230 when the magnetic force Fm increases, To be constantly maintained or decreased,
The spring constant of the closing spring 155 and the magnetic force Fm of the actuator assembly 120 are such that during operation of the fuel injection valve 100 the distance between the valve needle 135 from the closed position 230 The valve needle 135 is adapted to each other in such a manner that the valve needle 135 is braked by the flow resistance of the fuel in the valve assembly 105, A distance from said closed position to a predefined open position,
(100), wherein the spring constant of the closing spring (155) is designed to be greater than or equal to 100 N / mm. 제1항에 있어서,
- 상기 액추에이터 조립체(120)는, 상기 자석 전기자(130) 또는 상기 밸브 니들(135)이 스토퍼(170)를 지지하고 상기 밸브 니들(135)의 상기 정지 부재(165)가 상기 자석 전기자(130)와 접촉하는 개방된 위치(215, 235)에 상기 연료 분사 밸브를 유지하도록 설계되고,
- 상기 폐쇄 스프링은 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 개방된 위치(235, 215)로 진행하는 동안 상기 스프링 힘(Ff)이 상기 선응력에 대해 적어도 두 배가 되도록 설계된, 연료 분사 밸브(100).The method according to claim 1,
The actuator assembly 120 is configured such that the magnet armature 130 or the valve needle 135 supports the stopper 170 and the stop member 165 of the valve needle 135 contacts the magnet armature 130, Is designed to hold the fuel injection valve in an open position (215, 235)
The closing spring is designed such that the spring force (Ff) is at least twice as high as the linear stress during its travel from the closed position (230) to the open position (235, 215) . 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석 전기자(130) 및/또는 상기 밸브 니들(135)이 상기 극편(127) 쪽으로 이동하는 것을 제한하는 스토퍼(170)를 포함하고, 상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체(120)의 자기력(Fm)은, 상기 자석 전기자(130) 및/또는 상기 밸브 니들(135)이 상기 스토퍼(170)와 접촉할 때 합산된 힘이 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 멀어지는 방향을 향하고, 또 상기 밸브 니들(135)이 상기 폐쇄된 위치(230)를 떠날 때의 합산된 힘의 크기보다 최대 절반의 크기를 갖는 방식으로 서로 적응된, 연료 분사 밸브(100).3. A valve according to any one of the preceding claims, characterized by a stopper (170) which restricts movement of the magnet armature (130) and / or the valve needle (135) And the magnetic force Fm of the actuator assembly 120 are such that when the magnet armature 130 and / or the valve needle 135 contact the stopper 170, Adapted to each other in such a manner as to be away from position 230 and to have a magnitude of at most half the magnitude of the summed force when the valve needle 135 leaves the closed position 230, (100). 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐쇄 스프링(155)의 스프링 상수와 상기 액추에이터 조립체(120)의 자기력(Fm)은, 상기 합산된 힘의 크기가 상기 폐쇄된 위치(230)로부터 상기 밸브 니들(135)의 간격이 증가함에 따라 단조롭게 감소하는 방식으로 서로 적응된, 연료 분사 밸브(100).3. A method as claimed in claim 1 or 2, wherein the spring constant of the closing spring (155) and the magnetic force (Fm) of the actuator assembly (120) are such that the magnitude of the summed force is greater than the valve And are adapted to each other in a monotonically decreasing manner as the spacing of the needles (135) increases. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 확실한 맞물림 연결을 수행하는 동안, 상기 밸브 니들(135)에 가해지는 상기 자석 전기자(130)의 힘은 상기 폐쇄된 위치(230)에서 연료에 의해 상기 밸브 니들(135)에 가해지는 유압력과 상기 폐쇄 스프링(155)의 선응력의 합보다 1.3배 이상의 값을 갖도록 상기 아이들 행정(220)과 상기 자석 전기자(130)에 의해 설계된, 연료 분사 밸브(100).3. A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the force of the magnet armature (130) applied to the valve needle (135) during performing the secure meshing connection is such that, in the closed position (230) (130) designed by the idle stroke (220) and the magnet armature (130) so as to have a value 1.3 times greater than the sum of the hydraulic pressure applied to the needle (135) ). 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석 전기자(130)는 전기자 복원 스프링(240)에 의해 상기 정지 부재(165)로부터 멀어지는 방향으로 스프링 힘이 가해지는, 연료 분사 밸브(100).3. The fuel injection valve (100) according to claim 1 or 2, wherein the magnet armature (130) is spring-biased in a direction away from the stationary member (165) by an armature restoring spring (240).
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